2023年, 第0卷, 第2期　
刊出日期：2023-04-25

  

• 全选
  |

栏目
• Select
  臭氧协同Fe/SSZ-13分子筛催化氧化低浓度甲烷的性能研究

  桂煜，周光照，李佩青，陈婷，李珂，林赫

  车用发动机. 2023, 0(2): 1-10.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  当前低浓度甲烷催化氧化存在起燃温度高、贵金属用量大等问题，为探索低成本、清洁高效的甲烷去除技术，基于臭氧的强氧化性和Fe/SSZ-13分子筛优异的吸附性，探究了在臭氧（O₃）气氛下Fe负载量、n(CH₄)∶n(O₃)以及空速对甲烷催化氧化性能的影响。研究结果表明，在Fe负载量为1%，n(CH₄)∶n(O₃)为1∶6，温度为200 ℃的条件下，甲烷的转化率可达80.8%。通过BET,XRD，NH₃-TPD，H₂-TPR，UV-Vis以及XPS表征手段,证明了适量的Fe负载可以提高催化剂比表面积，促进更多酸性位点的形成，调节催化剂表面铁元素的价态分布和种类，从而促进甲烷催化臭氧化反应。基于原位红外试验发现O₃可以活化活性位点，进而促进甲烷吸附和催化氧化反应。
• Select
  喷油压力与喷孔参数对柴油机性能协同影响的仿真研究

  刘宇，王向阳，李兴华，洪伟，李小平，解方喜

  车用发动机. 2023, 0(2): 11-17.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  基于田口设计，利用CONVERGE软件对一台涡轮增压柴油机进行了数值模拟，探究了喷孔数量、喷孔孔径与喷射压力对柴油机性能的协同影响。结果表明：在喷油压力过高或喷孔截面积过大的情况下，缸内压力升高率明显偏大，且压力急剧升高的时刻提前，不利于柴油机平稳运行；适当提高喷射压力、增加喷孔数且减小孔径可以促进燃料的雾化混合，加速缸内混合气燃烧，促进发动机动力性与经济性提升，降低NO_x及Soot排放。对于燃油消耗率和NO_x排放，喷孔数影响最为敏感，喷孔直径与喷油压力次之；而对于Soot排放，影响因素的主次关系依次是喷油压力、喷孔数、喷孔直径。通过喷射压力和喷孔参数的协同优化，发动机燃油消耗率、NO_x和Soot生成量分别较原机降低了4.37 g/(kW·h)，11.2%和9.14%。
• Select
  重载柴油机运行参数与燃烧室结构协同优化研究

  覃星念，肖刚，李耀鹏，贾明

  车用发动机. 2023, 0(2): 18-24.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  借助三维仿真软件KIVA@DUT与遗传算法耦合，针对一款重载柴油机开展运行参数和燃烧室结构协同优化研究，在不同运行工况下保持NO_x排放的同时能够有效降低燃油消耗率。通过优化样本分析，发现运行参数中主喷时刻和喷油压力对柴油机性能的影响最为显著，几何参数中有关活塞碗和台阶结构的参数同样较为关键。喷油参数与几何结构参数间存在较强的相互作用，需要相互配合以实现最佳的柴油机性能。优化燃烧室结构更利于燃空混合，产生更高的燃烧效率，因此相较基准算例，优化算例采用更晚的喷油时刻以延迟燃烧相位，并配合更高的喷油压力以缩短燃烧持续期。不同载荷下最佳燃烧室结构并不相同，因此上述高载荷下优化获得的燃烧室在低载荷下的改进效果有所减弱。
• Select
  基于响应曲面法的DPF捕集性能多目标优化

  黄粉莲，李玲玲，夏大双，佘超杰，万明定，毕玉华

  车用发动机. 2023, 0(2): 25-34.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  以提高整体捕集性能为目的开展柴油机颗粒捕集器（DPF）结构参数多目标优化设计，利用GT-Power建立DPF捕集模型，通过发动机台架试验验证了仿真模型的可靠性。以最大压降和初始过滤效率为优化目标，以孔隙率、孔直径、壁厚、过滤体长度和直径5个结构参数为优化变量，基于Box-Behnken试验设计方法构建了DPF捕集性能二阶响应面模型，通过三维响应面图对结构参数显著性与交互作用进行仿真分析，采用满意度函数法进行多目标参数优化。结果表明，孔直径对最大压降的影响较小，较小的孔隙率与壁厚、较大的过滤体直径有利于降低DPF最大压降，而适当增大过滤体直径与壁厚可提升DPF初始捕集效率。协同优化后的DPF压降较优化前下降51.34%，优化后的DPF初始过滤效率趋近于100%。
• Select
  汽油机动力性能多目标优化及试验研究

  张勇，高勇，苟奎，王晓勇，陈泯旭

  车用发动机. 2023, 0(2): 35-40.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  针对某发动机高速动力性较同排量发动机偏低的问题，采用多目标优化与试验相结合的方法对发动机动力性能进行优化。建立并标定了发动机一维模型，采用DOE（试验设计）方法分析了进气延迟角、进气凸轮最大升程、压缩比等多因素对发动机外特性的影响，分析结果响应拟合度较高；采用遗传算法对发动机高速大负荷工况下的工作性能进行了多目标优化；对进气道流动特性进行了CFD（计算流体动力学）分析，通过改进进气道结构以提高其流量系数。最后搭建了进气道稳流试验台和发动机试验台，试验结果表明：改进后的进气道流量系数最大提高了6.51%，发动机功率提高了15.59%，扭矩提高了11.92%，燃油消耗率降低了3.33%。
• Select
  考虑机械约束的气缸盖低周疲劳试验与寿命预测

  文洋，胡丰泽，李鹏，赵志强，许春光，景国玺

  车用发动机. 2023, 0(2): 41-46.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  以某柴油机气缸盖为研究对象，开展了气缸盖低周疲劳试验方法研究和仿真分析评估工作，用以评价气缸盖的低周疲劳寿命。在试验研究中，考虑螺栓预紧载荷，结合刚度匹配计算，使气缸盖在试验状态下的预紧状况与整机接近，在燃气热负荷试验台上对气缸盖开展了2 000次低周疲劳考核，经探伤未发现热裂纹。基于子模型分析技术，运用塑性应变能理论，计算了气缸盖火力面考察点的低周疲劳寿命，分析表明，寿命最低的考察点位于排气鼻梁区，其寿命为2 863次。试验和仿真结果均表明，该气缸盖满足低周疲劳寿命大于等于2 000次的设计要求，验证了气缸盖低周疲劳试验方法的合理性和有限元分析的准确性。
• Select
  发动机气缸盖热机疲劳寿命预测

  曾小春，苗瑞刚，魏涛，景国玺，张执南，郭荣，孙帅

  车用发动机. 2023, 0(2): 47-52.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  采用子模型方法和Sehitoglu模型对某增压柴油发动机气缸盖开展了详细的热机疲劳寿命预测研究。通过采用缸内燃烧模拟分析、水套冷却分析来为缸盖温度场分析提供热分析边界，冷却水侧采用FEA与CFD耦合计算分析方法，使得计算边界条件更加精确合理。基于有限元方法计算了整机标定工况和怠速工况下气缸盖温度和应力应变，采用子模型方法并考虑材料非线性获得了气缸盖在发动机冷热交替热冲击试验工况下的应力应变历程。基于Sehitoglu模型计算得到了气缸盖热机疲劳损伤和寿命，计算结果表明该气缸盖最小寿命为5 038次，位于第3缸火力面排气座圈附近，高于轻卡评价标准5 000次寿命要求，热机疲劳损伤中由温度因素主导的氧化损伤占主导作用，其次是机械损伤，蠕变损伤贡献最小。
• Select
  热障涂层对活塞材料平板温度场的影响规律研究

  葛广彬，王龙飞，缪奇峰，张宇，刘震涛

  车用发动机. 2023, 0(2): 53-60.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  为了简化隔热涂层对活塞温度场影响研究的试验设计方案，并给实际活塞的隔热涂层设计提供设计依据，以活塞材料制成的平板为研究对象，通过数值仿真分析和试验验证的方法，探究隔热涂层对平板表面温度场的影响规律，并对某型汽油机平顶活塞进行仿真计算，分析活塞表面形状的影响，验证平板研究中所获规律对活塞模型的适用性。结果表明，数值分析结果与试验所得规律有着很好的吻合度，两者的误差在10%以内；活塞设计中可利用仿真方法进行初步计算，用以指导试验设计，优化试验温度测量布点，降低试验工作量及成本；隔热涂层对活塞材料制成的平板有着显著的隔热效果，涂层的导热系数越小，厚度越大，隔热效果越佳；选用热障涂层时应优先考虑导热系数小于8 W/(m·K)的材料, 且对于ZrO₂ 涂层，厚度每增加0.1 mm，活塞基体表面温度降低4~5 K，尤其厚度在0.2~0.4 mm段隔热效果改善最为显著。
• Select
  煤制柴油理化特性对柴油机排放性的影响

  王杰，赵凯，李小华

  车用发动机. 2023, 0(2): 61-66.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  为研究煤制柴油理化特性对柴油机排放性的影响，在配备符合国Ⅵ排放标准的DOC+DPF+SCR+ASC后处理的柴油机上，通过国Ⅵ排放法规要求的WHTC、WHSC、WNTE循环测试D1（煤直接液化油与煤间接液化油按比例调和而成的油样）、D2（煤直接液化油添加十六烷值剂调和而成的油样）、G6-D1（D1油样与G6柴油按1∶1质量比混合而成的油样）、G6-D2（D2油样与G6柴油按1∶1质量比混合而成的油样）4种煤制柴油及国Ⅵ柴油的排放性能。结果表明：5种油样排放结果均符合国Ⅵ排放法规要求，其中D1煤制柴油综合排放性能最好，表明DDCL与DICL煤制柴油按比例进行调和并添加适当添加剂，可得到符合排放标准的高性能清洁煤制柴油。G6-D1与G6-D2油样排放性能满足国Ⅵ标准，且在PM与CO、THC排放方面相比G6柴油低了20%，具有一定优势，表明国Ⅵ柴油与煤制柴油混合后的油样综合了国Ⅵ柴油十六烷值高、成本低及煤制柴油硫含量低、多环芳烃含量低等优点，可形成高效清洁成本较低的煤制柴油。
• Select
  基于组合模型的高原环境GDI汽油车排放预测

  王珑迪，何超，李加强，刘学渊，王浩

  车用发动机. 2023, 0(2): 67-72.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  为预测高原环境下缸内直喷（Gasoline Direct Injection,GDI）汽油车CO和PN的瞬时排放量，开发并评估了一套基于深度学习的排放预测模型。利用便携式车载排放测试系统对一辆GDI汽油车进行实际道路排放测试；加入奇异谱分析对原始时间序列进行处理，剔除时间序列中的异常值；利用XGBoost模型对GDI汽油车的CO和PN的瞬时排放进行初步预测，并利用SVR模型进行残差修正得到最终的预测结果。将预测结果与实际道路排放试验中使用PEMS设备测量的实际值进行比较，结果表明，XGBoost-SVR排放预测模型能较好地预测GDI汽油车瞬时CO和PN的排放，相比单一的XGBoost模型，RMSE分别提高了22.9%和39.7%，决定系数R²均大于0.9，支持预测结果的可靠性。该模型对监测高原环境下GDI汽油车实际道路排放具有一定的工程意义。
• Select
  DPF降怠速再生温度场及碳载量分析

  侯泽坤，陶建忠，郁钱，汤嘉立

  车用发动机. 2023, 0(2): 73-79.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  基于柴油颗粒捕集器（DPF）降怠速再生特性，对比研究了碳化硅载体在不同碳载量下通过降怠速再生时的温度特性，得出了碳化硅载体的最大碳载量。试验采用HORIBA SPC-2300颗粒计数器和AVL 472部分流颗粒分析仪测量颗粒物数量（PN），通过对比降怠速再生后的PN与法规限值来判断DPF状态。试验结果表明：随着碳载量的增加，DPF的最高温度和最大温度梯度逐渐增大，而再生效率会随之提升，残余碳载量减少。降怠速再生时，碳化硅载体后端温度高于前端温度，中心温度高于四周边缘温度。碳载量11 g/L时DPF后端中心温度达到1 171 ℃，再生后进行法规认证循环，DPF对颗粒物的过滤效率显著降低，碳化硅载体出现裂纹，表明碳载量过大，已超过碳载量上限值。
• Select
  基于发动机冷却需求的热管理控制模型研究

  江武，林承伯，占文锋，韦静思

  车用发动机. 2023, 0(2): 80-86.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  针对电气化冷却系统发动机冷却精确控制问题，基于发动机台架相关试验数据，利用GT-Suite仿真平台搭建发动机热管理模型，并与整车模型耦合成整车热管理模型；根据该冷却系统的特点，提出基于发动机冷却需求精确控制的热管理控制模型。利用模型在环的方式验证该控制模型的可行性，并针对“电子水泵+温控模块”和“机械水泵+温控模块” 两种方案在WLTC和RDE循环工况进行对比分析，结果表明：在WLTC循环工况中，电子水泵在暖机阶段前200 s可实现冷却系统零流量，使得缸盖温度上升更快，WLTC循环油耗降低约0.2%；在RDE循环工况中，“电子水泵+温控模块”技术方案中，温控模块开度变化较为稳定，可有效减小发动机水温振荡，并提高温控模块寿命。
• Select
  脉冲进气条件下弹性约束导叶可调涡轮流场分析

  王智慧，王宏波，毕金光

  车用发动机. 2023, 0(2): 87-92.

  摘要 ( )   可视化   收藏

  基于可调弹性约束导叶径向涡轮的概念，采用FSI（流固耦合）方法，详细分析了脉冲进气条件下，弹性约束导叶（ERGV）涡轮的内部流场，研究了ERGV涡轮宏观性能变化的原因。结果表明，ERGV的跟随调节使导叶旋转角度和气流角度发生变化。相角90°位置，ERGV涡轮静子的总压损失系数大于原涡轮，ERGV转子进口的分离强度以及转子叶片出口熵值大于原涡轮；相角270°位置，ERGV涡轮的静子和转子通道的损失均小于原涡轮，低压脉冲周期和高压脉冲周期之间的差异最终导致ERGV涡轮效率略有下降，但流通能力提高，输出功率提升。